Осциллограф. Устройство и принцип работы. Органы управления.

Назначение, устройство и описание осциллографа

Если спросить профессионального регулировщика электронной аппаратуры или радиоинженера: «Какой самый главный прибор на вашем рабочем месте?» Ответ будет однозначным: «Конечно, осциллограф!». И это действительно так.

Конечно, невозможно обойтись без мультиметра. Измерить напряжение в контрольных точках схемы, замерить сопротивление и ток, «прозвонить» диод или проверить транзистор все это важно и нужно.

Но когда речь заходит о регулировке и настройке любого электронного устройства от простого телевизора до многоканального передатчика орбитальной станции, то без осциллографа обойтись невозможно.

Осциллограф предназначен для визуального наблюдения и контроля периодических сигналов любой формы: синусоидальной, прямоугольной и треугольной. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы.

Например, измерить время нарастания импульса, а в цифровой аппаратуре это очень важный параметр.

Осциллограф – это своего рода телевизор, который показывает электрические сигналы.

Как работает осциллограф?

Чтобы понять, как работает осциллограф, рассмотрим блок-схему усреднённого прибора. Практически все осциллографы устроены именно так.

На схеме не показаны только два блока питания: высоковольтный источник, который используется для вырабатывания высокого напряжения поступающего на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) и низковольтный, обеспечивающий работу всех узлов прибора. И отсутствует встроенный калибратор, который служит для настройки осциллографа и подготовки его к работе.

Исследуемый сигнал подаётся на вход «Y» канала вертикального отклонения и попадает на аттенюатор, который представляет собой многопозиционный переключатель, регулирующий чувствительность. Его шкала отградуирована в V/см или V/дел. Имеется в виду одно деление координатной сетки нанесённой на экран ЭЛТ. Там же нанесены сами величины: 0,1 В,10 В, 100 В. Если амплитуда исследуемого сигнала неизвестна, мы устанавливаем минимальную чувствительность, например 100 вольт на деление. Тогда даже сигнал амплитудой 300 вольт не выведет прибор из строя.

В комплект любого осциллографа входят делители 1 : 10 и 1 : 100 они представляют собой цилиндрические или прямоугольные насадки с разъёмами с двух сторон. Выполняют те же функции, что и аттенюатор. Кроме того при работе с короткими импульсами они компенсируют ёмкость коаксиального кабеля. Вот так выглядит внешний делитель от осциллографа С1-94. Как видим, коэффициент деления его составляет 1 : 10.

Благодаря внешнему делителю удаётся расширить возможности прибора, так как при его использовании становится возможным исследование электрических сигналов с амплитудой в сотни вольт.

С выхода входного делителя сигнал поступает на предварительный усилитель

. Здесь он разветвляется и поступает на линию задержки и на переключатель синхронизации. Линия задержки предназначена для компенсации времени срабатывания генератора развёртки с поступлением исследуемого сигнала на усилитель вертикального отклонения. Оконечный усилитель формирует напряжение, подаваемое на пластины «Y» и обеспечивает отклонение луча по вертикали.

Генератор развёртки формирует пилообразное напряжение, которое подаётся на усилитель горизонтального отклонения и на пластины «X» ЭЛТ и обеспечивает горизонтальное отклонение луча. Он имеет переключатель, градуированный как время на деление («Время/дел»), и шкалу времени развёртки в секундах (s), миллисекундах (ms) и микросекундах (μs).

Устройство синхронизации обеспечивает начало запуска генератора развёртки одновременно с возникновением сигнала в начальной точке экрана. В результате на экране осциллографа мы видим изображение импульса развёрнутое во времени. Переключатель синхронизации имеет следующие положения:

• Синхронизация от исследуемого сигнала.

• Синхронизация от сети.

• Синхронизация от внешнего источника.

Первый вариант наиболее удобный и он используется чаще всего.

Осциллограф С1-94.

Кроме сложных и дорогих моделей осциллографов, которые используются при разработке электронной аппаратуры, нашей промышленностью был налажен выпуск малогабаритного осциллографа C1-94 специально для радиолюбителей. Несмотря на невысокую стоимость, он хорошо зарекомендовал себя в работе и обладает всеми функциями дорогого и серьёзного прибора.

В отличие от своих более «навороченных» собратьев, осциллограф С1-94 обладает достаточно небольшими размерами, а также прост в использовании. Рассмотрим его органы управления. Вот лицевая панель осциллографа С1-94.

Справа от экрана сверху вниз.

• Ручка: «Фокус».

• Ручка «Яркость».

  Этими регуляторами можно настроить фокусировку луча на экране, а также его яркость. В целях продления срока службы ЭЛТ желательно выставлять яркость на минимум, но так, чтобы показания были видны достаточно чётко.

• Кнопка «Сеть». Кнопка включения прибора.

• Кнопка установки времени развёртки. Грубое переключение коэффициентов развёртки. Можно установить миллисекунды (ms) и микросекунды (μs). Напомним, что 1 ms = 1000 μs. Подробнее о сокращённой записи численных величин.

• Кнопка режима «Ждущ-Авт».

  Это кнопка выбора ждущего и автоматического режима развёртки. При работе в ждущем режиме запуск и синхронизация развёртки производится исследуемым сигналом. При автоматическом режиме запуск развёртки происходит без сигнала. Для исследования сигнала чаще используется ждущий режим запуска развёртки.

• Вот этой кнопкой производится выбор полярности запускающего импульса. Можно выбрать запуск от импульса положительной или отрицательной полярности.

• Кнопка установки синхронизации «Внутр-Внешн».

  Обычно используется внутренняя синхронизация, так как для использования внешнего синхросигнала нужен отдельный источник этого внешнего сигнала. Понятно, что в условиях домашней мастерской это в подавляющем случае не нужно. Вход внешнего синхросигнала на лицевой панели осциллографа выглядит вот так.

• Кнопка выбора «Открытого» и «Закрытого» входа.

  Тут всё понятно. Если предполагается исследование сигнала с постоянной составляющей, то выбираем «Переменный и постоянный». Этот режим называется «Открытым», так как на канал вертикального отклонения подаётся сигнал, содержащий в своём спектре постоянную составляющую или низкие частоты.

  При этом, стоит учитывать, что при отображении сигнала на экране он уйдёт вверх, так как к амплитуде переменной составляющей добавиться и уровень постоянной составляющей.

  В большинстве случаев лучше выбирать «закрытый» вход (~). При этом постоянная составляющая электрического сигнала будет отсечена и не отображается на экране.

Клемма «корпус» служит для заземления корпуса прибора. Это делается в целях безопасности. В условиях домашней мастерской порой нет возможности заземлить корпус прибора. Поэтому приходится работать без заземления. При этом важно помнить, что во включенном состоянии на корпусе осциллографа может быть потенциал напряжения. При касании корпуса может «дёрнуть». Особенно опасно дотрагиваться одной рукой до корпуса осциллографа, а другой рукой до батарей отопления или других работающих электроприборов. В таком случае опасный потенциал с корпуса пройдёт через ваше тело («рука» — «рука») и вы получите электрический удар! Поэтому при работе осциллографа без заземления желательно не дотрагиваться до

металлических частей корпуса. Это правило справедливо и для прочих электроприборов с металлическим корпусом.

• По центру лицевой панели переключатель «развёртка» — Время/дел. Именно этот переключатель управляет работой генератора развёртки.

• Чуть ниже располагается переключатель входного делителя (аттенюатора) — V/дел. Как уже говорилось, при исследовании сигнала с неизвестной амплитудой, необходимо выставить максимально возможное значение V/дел. Так для осциллографа С1-94 нужно установить переключатель в положение 5 (5V/дел.). В таком случае одна клетка на координатной сетке экрана будет равна 5-ти вольтам. Если ко входу «Y» осциллографа подключить делитель с коэффициентом деления 1 к 10 (1 : 10), то одна клетка будет равна 50-ти вольтам (5V/дел. * 10 = 50V/дел.).

Также на панели осциллографа имеются:

• Ручка «Перемещение луча по горизонтали».

  Она служит для корректировки положения луча в горизонтальном направлении. Если покрутить данную ручку, то изображение развёртки будет смешатся либо вправо, либо влево.

• Также есть и ручка «Перемещение луча по вертикали».

  С помощью её можно отрегулировать положение развёртки на экране по вертикали.

  Ручки «Перемещение луча по горизонтали» и «Перемещение луча по вертикали» служат исключительно для настройки комфортного отображения осциллограммы сигнала на экране. Они никак не влияют на настройку работы самого осциллографа.

• А вот ручка «Уровень синхронизации» необходима для того, чтобы «остановить» осциллограмму сигнала на экране.

  Поворотом этой ручки добиваются того, чтобы изображение сигнала «застыло», а не «убегало». Иногда, чтобы поймать изображение с помощью ручки «Уровень» приходится изменить время развёртки переключателем Время/дел.

• Входной разъём «Y» , к которому подключается измерительный щуп или внешний делитель выглядит так.

  Внизу указываются параметры входа, а именно входное сопротивление (1 MΩ) и входная ёмкость (40pF). Чем выше входное сопротивление измерительного прибора, тем лучше. Таким образом при измерении прибор не шунтирует элементы тестируемой схемы и не вносит искажений в измеряемый сигнал. Входная ёмкость прежде всего влияет на возможность исследования высокочастотных сигналов.

В настоящее время, с развитием цифровой техники, стали широко внедряться цифровые осциллографы. По сути это гибрид аналоговой и цифровой техники. Отношение к ним неоднозначное, как к мясорубке с процессором или к кофемолке с дисплеем.

Аналоговая аппаратура всегда была надежной и удобной в работе. Кроме того она легко ремонтировалась. Цифровой осциллограф стоит на порядок дороже и очень сложен в ремонте. Плюсов конечно много. Если аналоговый сигнал с помощью АЦП (аналогово-цифрового преобразователя) перевести в цифровую форму, то с ним можно делать всё что угодно. Его можно записать в память и в любой момент вывести на экран для сравнения с другим сигналом, складывать в фазе и противофазе с другими сигналами. Конечно, аналоговая техника это хорошо, но за цифровой электроникой будущее.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

назначение и принцип действия, классификация (цифровой, механический)

Развитие промышленности не стоит на месте. Разрабатываются новейшие приборы, призванные значительно сократить время исследований. Одним из самых популярных типов контрольно-измерительной техники, позволяющим производить научные и производственные изыскания, является осциллограф.

Понятие и история создания

Под осциллографом принято понимать специализированный прибор, созданный для точного измерения, наблюдения и последующей записи параметров и характеристик электрического сигнала: временных и амплитудных. Подобные сигналы могут как подаваться на вход, так и регистрироваться непосредственно на дисплее или фиксироваться на фотоленту. Скачок современной науки сделал возможным исследование сигнала гигагерцовых частот.

Первая фиксация электрического колебательного процесса делалась на бумаге в ручном режиме. Начальные попытки по автоматизированию записи велись Жюлем Франсуа Жубером. Учёный в 1880 году представил к использованию полуавтоматический пошаговый метод регистрирования сигнала. Следующим шагом в развитии метода стал однограф Госпиталье, который стал полностью автоматическим.

В начале 1885 года русским физиком Робертом Колли был спроектирован и создан осциллометр. Доработав творение Колли, французский физик А. Блондель изобрёл магнитно-электрический осциллоскоп, оснащённый бифилярным подвесом. Невозможность фиксировать процессы с высокой скоростью из-за подвижности регистрирующих частей с большой инерцией была устранена в 1897 году. Дадделл Уильям предложил использовать миниатюрное зеркальце в качестве измерительного элемента.

Во второй половине XX века появились ленточные многоканальные осциллографы с горизонтальной развёрткой. Цифровые модели пришли на смену устаревшим аналогам и заняли лидирующую позицию среди быстрейших аналого-цифровых преобразователей.

Развёрнутая классификация прибора

Современные осциллографы обладают весомым набором приложений для измерения, глубокой памятью, сенсорным ёмкостным дисплеем и способностью к скоростному обновлению сигналов на дисплее. Ознакомление с классификацией — неотъемлемый шаг в работе с техникой. Аппаратура подлежит внутреннему делению по назначению и логике работы:

1. Стробирующий.
2. Реального времени или аналоговый.
3. Запоминающий: сходный с ЭЛТ аналоговый и цифровой.

В отдельную группу выделяются приборы с непрерывной развёрткой. Они позволяют регистрировать кривую на особой фотоленте. По числу лучей бывают двулучевые, однолучевые, трехлучевые и так далее. Вершиной автоматизации считается 16 лучей и более. Параметр влияет на синхронизацию данных.

Для техники с периодической развёрткой характерно следующее деление: стробоскопические, скоростные, обычные и универсальные, специальные запоминающие. Цифровым моделям свойственно сочетание нескольких параметров. Реже встречаются осциллографы, назначение которых совмещено с другим измерительным прибором. Их официальное название — скопметры.

Особенности внутреннего устройства

Несмотря на сложное внутреннее оснащение на базе ЭЛТ, прибор с дисплеем может состоять из нескольких составляющих. К ним относятся:

• Входной стандартный усилитель для наблюдаемых сигналов, чей выход подключается напрямую к пластинам вертикального отклонения.
• Электронно-лучевая осциллографическая трубка. Широко используется в ряде близких по назначению измерительных приборов.
• Далее идёт блок горизонтальной развёртки. Однократный тип или периодический сигнал преобразуется в пилообразную форму. Он направляется к пластинам с горизонтальным типом отклонения ЭЛТ. Помимо этого, в период спадающей фазы создаётся импульс гашения электронных лучей, подаваемый на модуляторы ЭЛТ.
• К вспомогательным или дополнительным частям устройства осциллографа относят калибратор длительности, возможной амплитуды и блок управления яркости.

Экран «А» позволяет чётко отобразить графики каждого поступающего входного сигнала. Цифровые аналоги выводят на цветной или специфический монохромный дисплей желаемое изображение как полностью готовую картинку. Остальные модели используют электронно-лучевую трубку, оснащённую показателями электростатического отклонения. Для таких экранов характерна нанесённая в виде координатной сетки разметка, миссия которой — показывать точное местоположение данных.

Важной деталью являются сигнальные выходы. Многоканальная аппаратура предназначена измерять параметры и вести одновременное наблюдение за несколькими поступающими в систему сигналами. На вход Y поступает и усиливается входной сигнал от каждого из присутствующих каналов.

Выделяют два базовых типа развёртки: ждущий и автоколебательный, или автоматический. Реже можно встретить модели с дополнительным однократным режимом. Каждый вид имеет свои специфические черты:

1. Однократный запуск. Характерный механизм запуска — внешнее воздействие. Так, нажатие кнопки и дальнейшее ожидание запуска сходны со ждущим режимом. После запуска развёртывание производится однократно. Повторная развёртка требует ещё одного запуска. Подобная система работы комфортна для изучения функционирования процессов непериодического типа. Недостатком является однократный пробег светящегося пятна по дисплею. Яркость картинки недостаточна, что серьёзно затрудняет процесс наблюдения при быстрой развёртке.
2. Ждущий режим. Недостаточный уровень или отсутствие сигнала вызывает отсутствие развёртки и дальнейшее угасание экрана. Запуск возможен только при достижении сигналами определённого заданного оператором уровня. Возможна настройка запуска как по падающему, так и по нарастающему сигнальному фронту. Важно отметить, что при изучении непериодических типов импульсных процессов такая система гарантирует зрительную неподвижность картинки на экране. Зачастую развёртывание запускается синхронным, несколько опережающим процесс наблюдения сигналом.
3. Автоматическое развёртывание. В этом случае генератор функционирует в автоколебательном типе режима. Благодаря этому даже при отсутствии сигнала в момент окончания цикла произойдёт очередной момент её запуска. Это делает возможным наблюдение изображения на экране даже в ситуации подачи на входе вертикального типа отклонения постоянного напряжения или отсутствия сигнала. Подобный режим характеризуется особым захватом частоты генератора развёртывания наблюдаемым сигналом. Важно, что частота генераторов при этом в целое количество раз меньше частоты исследуемых сигналов.

Синхронизация с наблюдаемым сигналом

Получить заданное неподвижное изображение на дисплее позволяет особая двигательная траектория луча на экране в процессе развёртывания. Он должен перемещаться по одной и той же кривой линии. Обеспечением этого процесса занимается схема синхронизации, дающая старт развёртке на одинаковом фронте и уровне исследуемых сигналов.

В качестве примера допустимо рассмотрение ситуации исследования синусоидального сигнала при такой настройке схемы, что запуск развёртывания в нарастании синусоидов будет иметь значение ноль. В момент запускания узкий луч обрисует несколько схожих или одну единую волну, на что будет влиять настроенная заранее скорость. Отсутствие повторного запуска заставит дождаться очередного прохождения волны с нулевым значением при нарастающем фронте.

Без синхронизации с изучаемым сигналом картинка на дисплее будет выглядеть нечёткой, размазанной. Это вызвано одновременным отображением различных участков исследуемого сигнала на экране. Базовые настройки, доступные каждому оператору: тип запуска и его уровень.

Специфика выбора товара

Приобретая такую узкоспециализированную технику, следует учитывать ряд важных параметров. В первую очередь следует обратить внимание на следующие:

• Полосу пропускания. В среднем полоса должна быть на 5 пунктов выше значения частоты исследуемого сигнала. Для использования простого усилителя звуковых частот и цифровой схемы достаточным параметром будет 25 МГц. Научные изыскания и профессиональные исследования потребуют использование устройства с минимальной полосой пропускания около 150 МГц.
• Тип питания. В случае проведения работ вдали от сети или на выезде рекомендуется приобрести модель с аккумулятором. В любой другой ситуации целесообразно использовать аппаратуру, работающую от сети.
• Частота дискретизации. Пункт влияет на качество разрешения изображений на экранах, количество выборок сигнала за секунду. Для более точного изображения потребуется увеличение числа точек сигнала. Частота важна и для измерения однократных и переходных процессов.
• Число каналов. Каналы влияют на количество отображаемых на дисплее независимых сигналов. Обеспечивают возможность анализировать и сравнивать несколько графиков одновременно. Работа с простыми техническими приборами не требует более 3 каналов. Более продвинутая аппаратура должна быть оснащена логическим анализатором и 16 каналами.

Применение и интересные факты

Являясь одним из важнейших аппаратов в радиоэлектронике и радиотехнике, он широко используется в лабораторных, прикладных и научно-исследовательских целях. Позволяет изучать, контролировать и измерять параметры электрических сигналов и радиоволн при воздействии разнообразных датчиков. Прибор позволяет:

1. Определять частоту сигнала по измерению его временных характеристик.
2. Измерять временные параметры для получения значения амплитуды напряжения.
3. Выяснить постоянную и переменную классического сигнала.
4. Изучать сдвиги фаз, происходящие при прохождении различных участков цепи.
5. Исследовать внутренние механизмы, происходящие в электрической цепи.
6. Наблюдать частоту колебания и особенности искажения сигнала.
7. Вычислить соотношение шума и сигнала, стационарность шума и возможные изменения по временным параметрам.
8. Наладить оперативный и периодический контроль качественных характеристик телевизионного тракта в системе телевещания.

Широко применение осциллографа в диагностике и ремонте автотранспорта. Благодаря своим характеристикам он способен выявить неисправные катализаторы, проверить функционирование исполнительных механизмов, кратко указать основные идентификационные сведения системы, считать код неисправностей, который сохраняет система, отследить изменения сигналов датчиков системы.

Учёными выделено несколько занимательных фактов работы и создания фиксирующего прибора, популярного в электромеханической сфере любого производства. К ним относят:

• Именно экран одного из осциллографов был использован как дисплей первой видеоигры, визуализирующей игру в теннис. Игра Tennis For Two создавалась на работе аналоговых вычислительных машин. Управление основано на специальном игровом контроллере — Paddle.
• Радиолюбителями используется тракт записи звука, установленный на звуковой карте компьютера в качестве прибора ввода измерения низких частот.
• Часто встречается ошибочное написание прибора «осцелограф».
• Квалифицированные любители радиоэлектроники, не являющиеся чайниками в мире электроники, занялись самостоятельным изготовлением приборов для процесса осциллографирования в качестве приставки к ПК или телевизору. Сейчас эта потребность не так актуальна. Освоенные технологии массового производства подобных товаров имеют низкую себестоимость.

Основа любой действующей научной лаборатории — качественная измерительная аппаратура и источники сигналов, токов, напряжений. Сегодня важнейшим контрольно-измерительным прибором для научных и производственных исследований является осциллограф.

---

Основы O-Scopes

Основное назначение осциллографа — графическое изображение электрического сигнала, изменяющегося во времени .Большинство осциллографов создают двумерный график с временем по оси x и напряжением по оси y .

Пример дисплея осциллографа. Сигнал (в данном случае желтая синусоида) отображается на горизонтальной оси времени и вертикальной оси напряжения.

Элементы управления, окружающие экран осциллографа, позволяют регулировать масштаб графика как по вертикали, так и по горизонтали, что позволяет увеличивать и уменьшать масштаб сигнала.Также имеются элементы управления для установки триггера на прицеле, который помогает сфокусироваться и стабилизировать изображение.

Что могут измерить Scopes

В дополнение к этим основным функциям многие осциллографы имеют инструменты измерения, которые помогают быстро определять частоту, амплитуду и другие характеристики формы сигнала. Как правило, осциллограф может измерять характеристики как по времени, так и по напряжению:

• Временные характеристики :
  • Частота и период — Частота определяется как количество повторений сигнала в секунду.И период является обратной величиной (количество секунд, которое занимает каждый повторяющийся сигнал). Максимальная частота, которую может измерить осциллограф, варьируется, но часто она находится в диапазоне 100 МГц (1E6 Гц).
  • Рабочий цикл — Процент периода, в течение которого волна является либо положительной, либо отрицательной (есть как положительные, так и отрицательные рабочие циклы). Рабочий цикл — это соотношение, которое показывает, как долго сигнал «включен» по сравнению с тем, как долго он «выключен» в каждом периоде.
  • Время нарастания и спада — Сигналы не могут мгновенно переходить от 0 В до 5 В, они должны плавно нарастать.Продолжительность волны, идущей от нижней точки к верхней точке, называется временем нарастания, а время спада измеряет обратное. Эти характеристики важны при рассмотрении того, насколько быстро цепь может реагировать на сигналы.
• Характеристики напряжения :
  • Амплитуда — Амплитуда — это мера величины сигнала. Существует множество измерений амплитуды, включая размах амплитуды, который измеряет абсолютную разницу между точкой высокого и низкого напряжения сигнала.Пиковая амплитуда, с другой стороны, измеряет только то, насколько высокий или низкий сигнал превышает 0 В.
  • Максимальное и минимальное напряжение — осциллограф может точно сказать вам, насколько высоким и низким становится напряжение вашего сигнала.
  • Среднее и среднее напряжение — Осциллографы могут вычислять среднее или среднее значение вашего сигнала, а также могут сообщать вам среднее значение минимального и максимального напряжения вашего сигнала.

Когда использовать O-Scope

o-scope полезен в различных ситуациях поиска и устранения неисправностей, в том числе:

• Определение частоты и амплитуды сигнала, что может иметь решающее значение при отладке входа, выхода схемы или внутренних систем.По этому вы можете определить, неисправен ли какой-либо компонент в вашей цепи.
• Определение уровня шума в вашей цепи.
• Определение формы волны — синус, квадрат, треугольник, пилообразная, сложная и т. Д.
• Количественное определение разности фаз между двумя разными сигналами.

---

Осциллограф Lexicon

Научиться пользоваться осциллографом — значит познакомиться с целым словарем терминов.На этой странице мы познакомим вас с некоторыми важными модными словечками o-scope, с которыми вам следует ознакомиться, прежде чем включать его.

Основные характеристики осциллографа

Некоторые прицелы лучше других. Эти характеристики помогают определить, насколько хорошо вы можете ожидать от прицела:

• Полоса пропускания — Осциллографы чаще всего используются для измерения сигналов определенной частоты. Однако ни один прицел не идеален: у всех есть пределы того, насколько быстро они могут видеть изменение сигнала.Полоса пропускания осциллографа определяет диапазон частот , который он может надежно измерить.
• Сравнение цифровых и аналоговых — Как и большинство других электронных устройств, осциллографы могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые осциллографы используют электронный луч для прямого отображения входного напряжения на дисплей. Цифровые осциллографы включают микроконтроллеры, которые дискретизируют входной сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя и отображают это показание на дисплее. Как правило, аналоговые осциллографы старше, имеют меньшую полосу пропускания и меньше функций, но они могут иметь более быстрый отклик (и выглядеть намного круче).
• Количество каналов — Многие осциллографы могут считывать более одного сигнала одновременно, отображая их все на экране одновременно. Каждый сигнал, считанный осциллографом, подается в отдельный канал. Очень распространены осциллографы от двух до четырех каналов.
• Частота дискретизации — Эта характеристика уникальна для цифровых осциллографов, она определяет, сколько раз в секунду считывается сигнал. Для осциллографов с более чем одним каналом это значение может уменьшиться, если используется несколько каналов.
• Rise Time — Указанное время нарастания осциллографа определяет самый быстрый нарастающий импульс, который он может измерить. Время нарастания осциллографа очень тесно связано с полосой пропускания. Его можно рассчитать как Время нарастания = 0,35 / Пропускная способность .
• Максимальное входное напряжение — Каждая электроника имеет свои пределы, когда дело касается высокого напряжения. Все осциллографы должны быть рассчитаны на максимальное входное напряжение. Если ваш сигнал превышает это напряжение, есть большая вероятность, что прицел будет поврежден.
• Разрешение — Разрешение осциллографа показывает, насколько точно он может измерять входное напряжение. Это значение может изменяться при настройке вертикального масштаба.
• Вертикальная чувствительность — Это значение представляет минимальное и максимальное значения вертикальной шкалы напряжения. Это значение указано в вольтах на деление.
• База времени — База времени обычно указывает диапазон чувствительности на горизонтальной оси времени. Это значение указывается в секундах на каждый div.
• Входное сопротивление — Когда частота сигнала становится очень высокой, даже небольшой импеданс (сопротивление, емкость или индуктивность), добавленный к цепи, может повлиять на сигнал. Каждый осциллограф добавляет к цепи, которую он считывает, определенное сопротивление, называемое входным сопротивлением. Входные импедансы обычно представлены в виде большого резистивного сопротивления (> 1 МОм), подключенного параллельно (||), с малой емкостью (в диапазоне пФ). Влияние входного импеданса более очевидно при измерении очень высокочастотных сигналов, и используемый пробник может помочь его компенсировать.

На примере GA1102CAL приведены характеристики, которые можно ожидать от прицела среднего класса:

907 907 делений — 50713 2 с

Характеристика	Значение
Полоса пропускания	100 МГц
Частота дискретизации	1 Гвыб. / С (1E9 выборок в секунду)
Время нарастания 14
Максимальное входное напряжение	400 В
Разрешение	8-битный
Вертикальная чувствительность	2 мВ / дел — 5 В / дел
Временная развертка
Входное сопротивление	1 МОм ± 3% || 16 пФ ± 3 пФ

Понимая эти характеристики, вы сможете выбрать осциллограф, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.Но вам все равно нужно знать, как им пользоваться … на следующей странице!

---

Анатомия O-Scope

Хотя никакие осциллографы не создаются абсолютно равными, все они должны иметь некоторые общие черты, которые заставляют их функционировать одинаково. На этой странице мы обсудим некоторые из наиболее распространенных систем осциллографа: дисплей, горизонтальную, вертикальную, триггер и входы.

Дисплей

Осциллограф бесполезен, если он не может отображать информацию, которую вы пытаетесь проверить, что делает дисплей одним из наиболее важных разделов осциллографа.

Каждый дисплей осциллографа должен быть пересечен горизонтальными и вертикальными линиями, называемыми делениями . Масштаб этих делений изменен с помощью горизонтальной и вертикальной систем. Вертикальная система измеряется в «вольтах на деление», а горизонтальная — в «секундах на деление». Как правило, прицелы имеют 8-10 делений по вертикали (напряжение) и 10-14 делений по горизонтали (секунд).

Старые осциллографы (особенно аналоговые) обычно имеют простой монохромный дисплей, хотя интенсивность волны может варьироваться.Более современные осциллографы оснащены многоцветными ЖК-экранами, которые очень помогают отображать более одной формы сигнала за раз.

Многие дисплеи осциллографа расположены рядом с набором из пяти кнопок — сбоку или под дисплеем. Эти кнопки могут использоваться для навигации по меню и управления настройками осциллографа.

Вертикальная система

Вертикальная секция осциллографа управляет шкалой напряжения на дисплее. В этом разделе традиционно есть две ручки, которые позволяют индивидуально управлять вертикальным положением и вольт / дел.

Более критическая ручка вольт на деление позволяет вам установить вертикальный масштаб на экране. Вращение ручки по часовой стрелке уменьшает масштаб, а против часовой стрелки — увеличивает. Меньший масштаб — меньшее количество вольт на деление экрана — означает, что вы в большей степени «увеличиваете масштаб» формы волны.

Например, дисплей GA1102 имеет 8 делений по вертикали, а ручка вольт / дел может выбирать шкалу от 2 мВ / дел до 5 В / дел. Таким образом, при полном увеличении до 2 мВ / дел на дисплее может отображаться осциллограмма 16 мВ сверху вниз.Полностью уменьшенный, осциллограф может отображать сигнал в диапазоне более 40 В. (Зонд, как мы обсудим ниже, может еще больше увеличить этот диапазон.)

Положение Ручка управляет вертикальным смещением формы сигнала на экране. Поверните ручку по часовой стрелке, и волна будет двигаться вниз, против часовой стрелки — вверх по дисплею. Вы можете использовать ручку положения, чтобы сместить часть сигнала за пределы экрана.

Используя одновременно ручки положения и вольт / деления, вы можете увеличить только крошечную часть сигнала, которая вам больше всего важна.Если бы у вас был прямоугольный сигнал 5 В, но вы заботились только о том, насколько он звенел по краям, вы могли бы увеличить нарастающий фронт, используя обе ручки.

Горизонтальная система

Горизонтальная часть осциллографа контролирует шкалу времени на экране. Как и в вертикальной системе, горизонтальный элемент управления дает вам две ручки: положение и секунды / дел.

Регулятор секунд на деление (с / дел) вращается для увеличения или уменьшения горизонтального масштаба.Если вы вращаете ручку s / div по часовой стрелке, количество секунд, которое представляет каждое деление, уменьшится — вы «увеличите масштаб» временной шкалы. Поверните против часовой стрелки, чтобы увеличить шкалу времени и отобразить на экране большее количество времени.

Если снова использовать GA1102 в качестве примера, дисплей имеет 14 горизонтальных делений и может отображать от 2 нс до 50 с на деление. Таким образом, при полном увеличении по горизонтали осциллограф может отображать 28 нс формы волны, а при увеличении масштаба он может отображать сигнал, когда он изменяется в течение 700 секунд.

Ручка положения может перемещать форму сигнала вправо или влево от дисплея, регулируя горизонтальное смещение .

Используя горизонтальную систему, вы можете настроить , сколько периодов сигнала вы хотите видеть. Вы можете уменьшить масштаб и показать несколько пиков и впадин сигнала:

Или вы можете увеличить масштаб и использовать ручку положения, чтобы показать только крошечную часть волны:

Система запуска

Раздел запуска посвящен стабилизации и фокусировке осциллографа.Триггер сообщает осциллографу, какие части сигнала «запускать» и начинать измерение. Если ваша форма волны периодическая , триггером можно управлять, чтобы дисплей оставался неизменным, и неизменным. Плохо сработавшая волна будет давать такие широкие волны, как это:

, вызывающие судороги.

Секция триггера осциллографа обычно состоит из ручки уровня и набора кнопок для выбора источника и типа триггера. Регулятор уровня можно повернуть для установки триггера на определенную точку напряжения.

Ряд кнопок и экранных меню составляют остальную часть триггерной системы. Их основное назначение — выбор источника и режима запуска. Существует множество типов триггеров , которые управляют тем, как триггер активируется:

• Спусковой механизм Edge — это самая простая форма спускового крючка. Он заставит осциллограф начать измерение, когда напряжение сигнала перейдет на определенный уровень. Триггер по фронту может быть настроен на захват нарастающего или спадающего фронта (или обоих).
• Запуск по импульсу сообщает осциллографу, что необходимо ввести заданный «импульс» напряжения. Вы можете указать длительность и направление импульса. Например, это может быть крошечный скачок 0 В -> 5 В -> 0 В, или это может быть секундный провал с 5 В на 0 В, обратно на 5 В.
• Триггер с наклоном может быть настроен для запуска осциллографа по положительному или отрицательному наклону в течение определенного периода времени.
• Существуют более сложные триггеры для фокусировки на стандартизованных формах сигналов, передающих видеоданные, например NTSC или PAL .Эти волны используют уникальный шаблон синхронизации в начале каждого кадра.

Обычно вы также можете выбрать режим запуска , который, по сути, сообщает осциллографу, насколько сильно вы относитесь к триггеру. В режиме автоматического запуска осциллограф может попытаться нарисовать сигнал, даже если он не запускается. Нормальный режим будет рисовать вашу волну только в том случае, если видит указанный триггер. И single mode ищет указанный вами триггер, когда он его видит, он рисует вашу волну, а затем останавливается.

Зонды

Осциллограф хорош, только если вы действительно можете подключить его к сигналу, а для этого вам нужны пробники. Зонды — это устройства с одним входом, которые направляют сигнал от вашей схемы к осциллографу. У них есть острый наконечник , который исследует точку на вашей цепи. Наконечник также может быть оснащен крючками, пинцетом или зажимами, чтобы упростить фиксацию на цепи. Каждый пробник также включает зажим заземления , который следует надежно прикрепить к общей точке заземления на тестируемой цепи.

Хотя пробники могут показаться простыми устройствами, которые просто подключаются к вашей цепи и передают сигнал в осциллограф, на самом деле есть много вещей, которые нужно учитывать при проектировании и выборе пробника.

В оптимальном случае зонд должен быть невидимым — он не должен влиять на ваш тестируемый сигнал. К сожалению, все длинные провода обладают собственной индуктивностью, емкостью и сопротивлением, поэтому, несмотря ни на что, они будут влиять на показания осциллографа (особенно на высоких частотах).

Существует множество типов пробников, наиболее распространенным из которых является пассивный пробник , входящий в состав большинства прицелов.Большинство «стандартных» пассивных зондов — это аттенуированных . Ослабляющие пробники имеют большое сопротивление, намеренно встроенное и шунтируемое небольшим конденсатором, что помогает минимизировать влияние длинного кабеля на нагрузку вашей цепи. В сочетании с входным сопротивлением осциллографа этот ослабленный пробник будет создавать делитель напряжения между вашим сигналом и входом осциллографа.

Большинство пробников имеют резистор 9 МОм для ослабления, который в сочетании со стандартным входным сопротивлением 1 МОм на осциллографе создает делитель напряжения 1/10.Эти зонды обычно называются 10X аттенуированными зондами . Многие пробники включают переключатель для выбора между 10X и 1X (без затухания).

Аттенюированные пробники отлично подходят для повышения точности на высоких частотах, но они также уменьшат амплитуду вашего сигнала. Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам, возможно, придется использовать пробник 1X. Вам также может потребоваться выбрать настройку на вашем осциллографе, чтобы сообщить ему, что вы используете ослабленный зонд, хотя многие осциллографы могут это обнаружить автоматически.

Помимо пассивного ослабленного пробника, существует множество других пробников. Активные пробники — это пробники с питанием (для них требуется отдельный источник питания), которые могут усилить ваш сигнал или даже предварительно обработать его, прежде чем он попадет в ваш осциллограф. Хотя большинство пробников предназначены для измерения напряжения, существуют пробники, предназначенные для измерения переменного или постоянного тока. Токовые пробники уникальны, потому что они часто зажимают провод, никогда не контактируя с цепью.

---

Использование осциллографа

Бесконечное разнообразие сигналов означает, что вы никогда не сможете использовать один и тот же осциллограф дважды. Но есть несколько шагов, на выполнение которых вы можете рассчитывать практически каждый раз, когда тестируете схему. На этой странице мы покажем пример сигнала и шаги, необходимые для его измерения.

Выбор и настройка датчика

Во-первых, вам нужно выбрать зонд. Для большинства сигналов простой пассивный пробник , входящий в комплект поставки осциллографа, будет работать идеально.

Затем, прежде чем подключать его к осциллографу, установите ослабление на пробнике. 10X — наиболее распространенный коэффициент затухания — обычно является наиболее всесторонним выбором. Однако, если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам может потребоваться использовать 1X.

Подключите зонд и включите осциллограф

Подключите пробник к первому каналу осциллографа и включите его. Наберитесь здесь терпения, некоторые осциллографы загружаются так же долго, как и старый компьютер.

При загрузке осциллографа вы должны увидеть деления, масштаб и зашумленную ровную линию формы волны.

На экране также должны отображаться ранее установленные значения для времени и вольт на деление. Игнорируя пока эти шкалы, внесите эти корректировки, чтобы поместить ваш прицел в стандартную настройку :

• Включите канал 1 и выключите канал 2.
• Установите канал 1 на Соединение по постоянному току .
• Установите источник запуска на канал 1 — без внешнего источника или срабатывания по альтернативному каналу.
• Установите тип запуска на нарастающий фронт и режим запуска на автоматический (в отличие от одиночного).
• Убедитесь, что ослабление пробника на вашем прицеле соответствует настройке на вашем пробнике (например, 1X, 10X).

Для получения помощи по настройке этих параметров обратитесь к руководству пользователя осциллографа (например, к руководству GA1102CAL).

Проверка датчика

Давайте подключим этот канал к значимому сигналу. Большинство осциллографов будут иметь встроенный частотный генератор , который излучает надежную волну заданной частоты — на GA1102CAL в правом нижнем углу передней панели имеется прямоугольный выходной сигнал частотой 1 кГц.Выход генератора частоты имеет два отдельных проводника — один для сигнала и один для заземления. Подключите зажим заземления пробника к земле, а наконечник пробника к выходу сигнала.

Как только вы подключите обе части зонда, вы должны увидеть, как сигнал начинает плясать по вашему экрану. Попробуйте поиграть с горизонтальной и вертикальной системными ручками , чтобы перемещать осциллограмму по экрану. Поворот регуляторов шкалы по часовой стрелке «увеличивает» осциллограмму, а против часовой стрелки — уменьшает.Вы также можете использовать ручку положения для дальнейшего определения вашего сигнала.

Если ваша волна все еще нестабильна, попробуйте повернуть ручку положения триггера . Убедитесь, что триггер не выше самого высокого пика сигнала . По умолчанию тип триггера должен быть установлен по фронту, что обычно является хорошим выбором для таких прямоугольных волн.

Попробуйте повозиться с этими ручками, чтобы отобразить на экране один период вашей волны.

Или попробуйте уменьшить масштаб временной шкалы, чтобы отобразить десятки квадратов.

Компенсация ослабленного пробника

Если ваш пробник настроен на 10X, и у вас нет идеально прямоугольной формы волны, как показано выше, вам может потребоваться для компенсации вашего пробника . Большинство пробников имеют утопленную головку винта, которую можно повернуть, чтобы отрегулировать шунтирующую емкость пробника.

Попробуйте использовать небольшую отвертку, чтобы повернуть этот триммер, и посмотрите, что происходит с осциллограммой.

Отрегулируйте подстроечный колпачок на рукоятке зонда так, чтобы получился прямоугольный сигнал с прямым краем .Компенсация необходима только в том случае, если ваш зонд ослаблен (например, 10X), и в этом случае это критично (особенно если вы не знаете, кто использовал ваш осциллограф последним!).

Советы по измерению, срабатыванию и масштабированию

После того, как вы скомпенсировали зонд, пришло время измерить реальный сигнал! Иди найди источник сигнала (генератор частоты ?, Террор-Мин?) И возвращайся.

Первый ключ к зондированию сигнала — найти прочную и надежную точку заземления . Прикрепите зажим заземления к известному заземлению, иногда вам, возможно, придется использовать небольшой провод для промежуточного звена между зажимом заземления и точкой заземления вашей цепи.Затем подключите наконечник пробника к тестируемому сигналу. Наконечники пробников существуют в различных форм-факторах — подпружиненный зажим, острие, крючки и т. Д. — постарайтесь найти тот, который не требует от вас постоянного удерживания его на месте.

⚡ Внимание! Будьте осторожны при установке заземляющего зажима при проверке неизолированной цепи (например, без батарейного питания или при использовании изолированного источника питания). При проверке цепи, заземленной на сетевую землю, обязательно подключите заземляющий зажим к стороне цепи , подключенной к сетевой земле .Это почти всегда отрицательная сторона цепи / земля, но иногда это может быть и другая точка. Если точка, к которой подключен заземляющий зажим, имеет разность потенциалов, вы создадите прямое короткое замыкание и можете повредить вашу схему, осциллограф и, возможно, вас самих! Для дополнительной безопасности при проверке цепей, подключенных к сети, подключайте его к источнику питания через изолирующий трансформатор.

Как только ваш сигнал появится на экране, вы можете начать с настройки горизонтального и вертикального масштабов, по крайней мере, так, чтобы приблизиться к вашему сигналу.Если вы исследуете прямоугольную волну 5 В на 1 кГц, вам, вероятно, понадобится значение вольт / дел где-то около 0,5-1 В и установите секунды / деление примерно на 100 мкс (14 делений покажут примерно полтора периода).

Если часть вашей волны поднимается или опускается на экране, вы можете отрегулировать вертикальное положение , чтобы переместить его вверх или вниз. Если ваш сигнал является чисто постоянным током, вы можете настроить уровень 0 В в нижней части дисплея.

После того, как вы настроите весы, возможно, потребуется запуск вашей формы волны. Запуск по фронту — когда осциллограф пытается начать сканирование, когда обнаруживает повышение (или падение) напряжения выше заданного значения, — это самый простой в использовании тип. Используя триггер по фронту, попробуйте установить уровень триггера на точку на вашей форме сигнала, которая видит только нарастающий фронт один раз за период .

Теперь просто масштабируйте , позиционируйте, запускайте и повторяйте , пока не получите именно то, что вам нужно.

Отмерь дважды, отрежь один раз

При наличии сигнала с определенным диапазоном, запуском и масштабированием пора измерять переходные процессы, периоды и другие свойства формы сигнала.У некоторых осциллографов больше инструментов измерения, чем у других, но все они, по крайней мере, будут иметь деления, по которым вы сможете по крайней мере оценить амплитуду и частоту.

Многие осциллографы поддерживают различные инструменты автоматического измерения, они могут даже постоянно отображать самую важную информацию, например частоту. Чтобы получить максимальную отдачу от своей области действия, вам нужно изучить все функции измерения , которые поддерживает . Большинство осциллографов автоматически рассчитают частоту, амплитуду, рабочий цикл, среднее напряжение и ряд других волновых характеристик.

Используя инструменты измерения осциллографа, найдите V _PP , V _Max , частоту, период и рабочий цикл.

Третий измерительный инструмент, предоставляемый многими осциллографами, — это курсора . Курсоры — это подвижные маркеры на экране, которые можно размещать либо на оси времени, либо на оси напряжения. Курсоры обычно бывают парами, поэтому вы можете измерить разницу между ними.

Измерение звона прямоугольной волны курсорами.

После того, как вы измерили искомую величину, вы можете приступить к корректировке вашей схемы и еще раз измерить! Некоторые осциллографы также поддерживают с сохранением , с сохранением или с сохранением осциллограммы, так что вы можете вспомнить его и вспомнить те старые добрые времена, когда вы оценивали этот сигнал.

Чтобы узнать больше о возможностях вашего прицела, обратитесь к его руководству пользователя!

---

Принцип работы осциллографа

Осциллограф — это оборудование для непосредственного наблюдения за изменением напряжения сигнала. В принципе, удобно наблюдать периодически повторяющийся сигнал. Сигнал с нерегулярным периодом сложно увидеть или возникает однократно. Есть оборудование, которое имеет память для наблюдения сигнала, который также возникает только один раз. Здесь я представляю основной принцип работы осциллографа (или синхроскопа). Принцип отображения экрана осциллографа Осциллограф показывает время по горизонтальной оси (ось X) и показывает напряжение по вертикальной оси (ось Y). Что касается экрана, часто используется ЭЛТ (электронно-лучевая трубка). Он отображает по принципу тот же, что и телевизор. То есть он отображает форму волны сигнала с отклонением электронного луча (он перемещается вверх и вниз в обе стороны). Управление электронным лучом Наблюдаемое напряжение добавляется к верхней и нижней отклоняющим катушкам. При этом электронный луч перемещается вверх и вниз в зависимости от наблюдаемого напряжения сигнала. Напряжение для сканирования добавляется к отклоняющим катушкам справа и слева. Для этого напряжения используется пилообразная волна. Электронный луч движется от левого края экрана к правому с постоянной скоростью. При движении от правого конца к левому, он заставляет двигаться быстро.Линия, которая движется от правого конца к левому концу (обратная линия), не должна быть видна. Это зависит от типа осциллографа, но в части обратной линии электронный луч обычно останавливается. Управление осью Y Наблюдаемое напряжение сигнала. Эффективность усилителя сигнала важна. Когда в усилителе есть искажения, на экране появляется форма волны, которая отличается от фактического сигнала.В общем, что касается классной машины, высокочастотная характеристика становится хорошей. Управление осью X Заставляет электронный луч перемещаться слева направо с постоянной скоростью во времени. Даже если он двигался без синхронизации с сигналом, форма волны, которая была стационарной, не может быть отображена на экране. Необходимо сделать ход с периодом, который совпадает с периодом входного сигнала или его целочисленным двойным периодом. В Японии иногда используется название, которое называется осциллограф и синхроскоп из-за разницы в работе. Как на осциллографе, так и на синхроскопе горизонтальная ось показывает время, а вертикальная ось показывает напряжение. Отличие заключается в работе горизонтальной оси (оси времени). Чтобы сделать форму входного сигнала на осциллографе стационарной, необходимо синхронизировать период развертки горизонтальной оси с входным сигналом. Следовательно, становится необходимым способ синхронизации периода сканирования с входным сигналом. Управление сканированием с помощью осциллографа Сканирование горизонтальной оси осциллографа выполняется всегда.То, что электронный луч движется слева направо, называется сканированием. Он обнаруживает (триггер) подъем (напряжение, которое было изменено в направлении положительного) входного сигнала или падение стоя (напряжение, которое было изменено в направлении отрицательного), и устанавливает период развертка по горизонтальной оси близко к периоду. Период сканирования, который синхронизируется с наблюдаемым сигналом, должен быть отрегулирован. Осциллограф не может наблюдать сигнал с нерегулярным периодом. Также не может наблюдаться сигнал с периодом менее 1 периода. Управление сканированием с помощью синхроскопа Горизонтальная ось синхроскопа также сканируется. Точка, которая отличается от осциллографа, заключается в том, что начало сканирования (позиция слева на экране) выполняется при стоянии входного сигнала или стоячем падении. Он отличается от осциллографа и период сканирования не меняется. Поскольку это так, сигнал с нерегулярным периодом может наблюдаться в форме волны в стационарном состоянии. Поскольку может наблюдаться сигнал с периодом менее одного периода, может наблюдаться перерегулирование или недовыработка прямоугольной волны.

Что такое цифровой запоминающий осциллограф? — Определение, принцип работы и реконструкция формы сигнала

Определение: Цифровой запоминающий осциллограф определяется как осциллограф, который сохраняет и анализирует сигнал в цифровом виде , то есть в форме 1 или 0, предпочтительно сохраняя их как аналоговых сигналов .Цифровой осциллограф принимает входной сигнал, сохраняет его и затем отображает на экране. Цифровой осциллограф имеет расширенные функции хранения, запуска и измерения. Кроме того, отображает , сигнал визуально, , а также численно.

Принцип работы цифрового запоминающего осциллографа

Цифровой осциллограф оцифровывает и сохраняет входной сигнал. Это можно сделать с помощью CRT (электронно-лучевая трубка) и цифровой памяти .Блок-схема базового цифрового осциллографа показана на рисунке ниже. Оцифровку можно выполнить, взяв образцы входных сигналов в виде периодических сигналов.

Максимальная частота сигнала, измеряемого цифровым осциллографом, зависит от двух факторов. Этими факторами являются

1. Частота дискретизации
2. Тип преобразователя.

Частота дискретизации — Для безопасного анализа входного сигнала используется теория дискретизации.Теория дискретизации утверждает, что частота дискретизации сигнала должна быть в два раза выше максимальной частоты входного сигнала. Частота дискретизации означает, что аналого-цифровой преобразователь имеет высокую скорость преобразования.

Конвертер — Конвертер использует дорогую вспышку, разрешение которой уменьшается с увеличением частоты дискретизации. Из-за частоты дискретизации полоса пропускания и разрешение осциллографа ограничены.

Потребность в преобразователях аналого-цифрового сигнала также может быть устранена с помощью сдвигового регистра.Входной сигнал дискретизируется и сохраняется в регистре сдвига. Из сдвигового регистра сигнал медленно считывается и сохраняется в цифровом виде. Этот метод снижает стоимость преобразователя и работает со скоростью до 100 мегабайт в секунду.

Единственным недостатком цифрового осциллографа является то, что он не принимает данные во время оцифровки, поэтому в то время у него была слепая зона.

Реконструкция формы сигнала

Для визуализации финальной волны в осциллографах используется метод интерполяризации.Интерполяризация — это процесс создания новых точек данных с помощью известных переменных точек данных. Линейная интерполяция и синусоидальная интерполяция — это два процесса соединения точек.

При интерполяции линии используются для соединения точек. Линейная интерполяция также используется для создания импульсной или прямоугольной формы волны. Для синусоидального сигнала в осциллографе используется синусоидальная интерполяция.

Что такое осциллограф? Почему это важно?

Во-первых, краткое и приятное руководство по осциллографу.

Осциллограф — это устройство, которое позволяет вам видеть, как напряжение изменяется во времени, отображая форму электронных сигналов.

Почему это важно?

Электроника, такая как осветительные приборы, телевизоры, кондиционеры, нуждается в электроэнергии, доставляемой по цепям .

Цепь — это путь между двумя или более точками, через который проходит ток .

Напряжение — это электрическая сила, которая перемещает ток между двумя точками.

Иногда напряжение работает некорректно, и вам нужно найти , а где , чтобы исправить это.

Пытаться найти эту проблему без осциллографа — все равно что вести машину с повязками на глаза .

Теперь, что касается подробного руководства, мы рассмотрим следующие темы.

• Что такое осциллограф?
• Краткая история осциллографа
• Что такое аналоговый осциллограф?
• Что такое цифровой осциллограф?
• Что делают системы на осциллографе?
• Терминология осциллографа

Итак, приступим!

Что такое осциллограф?

Когда у вас есть цепи с постоянным напряжением, мультиметр — это инструмент, который можно использовать для измерения одного числа для напряжения.Это становится излишним, когда вы начинаете строить более сложные схемы. Вот тут-то и пригодится осциллограф.

Осциллограф позволяет увидеть, как напряжение изменяется с течением времени. Эти напряжения называются сигналами, которые используются для передачи информации, такой как аудиосигнал, воспроизводящий музыку на громкоговорителе.

На экране дисплея осциллографа отображается измеренный сигнал напряжения в виде графика. Напряжение представлено на вертикальной оси, а время — на горизонтальной оси.

Этот дисплей позволит вам определить, правильно ли работает поведение ваших цепей. Это также позволит вам обнаружить любые проблемы в вашей цепи, такие как нежелательные сигналы, называемые шумом.

Есть два типа осциллографов; аналоговый и цифровой. Подробнее об этом позже, потому что сейчас мы кратко рассмотрим историю осциллографа.

Краткая история осциллографа

Осциллограф был изобретен французским физиком Андре Блонделем в 1893 году.Его устройство могло регистрировать значения электрических величин, таких как сила переменного тока. Маятник чернил, прикрепленный к катушке, записывал информацию на движущейся бумажной ленте. Первые осциллографы имели очень небольшую полосу пропускания от 10 до 19 кГц.

Мы поговорим подробнее о пропускной способности позже, но давайте сначала подведем итоги урока истории.

Большие события произошли в 1897 году, когда немецкий физик Карл Фердинанд Браун изобрел электронно-лучевую трубку (ЭЛТ).Развитие осциллографов начало расти после Второй мировой войны.

В 1946 году двое мужчин по имени Ховард Воллум и Мелвин Джек Мердок основали компанию Tektronix, которая сегодня является одним из мировых лидеров по производству осциллографов. В том же году они изобрели свой первый осциллограф, модель 511, с синхронизацией развертки и полосой пропускания 10 МГц. Развертка по триггеру позволяла стационарно отображать повторяющуюся форму волны.

Теперь поговорим о разнице между аналоговым и цифровым осциллографами.

Что такое аналоговый осциллограф? Tektronix 2245A Аналоговый осциллограф

Аналоговые осциллографы используют усилители с высоким коэффициентом усиления для отображения формы сигнала на зеленом экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Проще говоря, аналоговые осциллографы — это более старая версия осциллографов, которые были впервые разработаны в 1940-х годах.

Аналоговый осциллограф оснащен одним из нескольких вертикальных каналов, горизонтальным каналом, системой запуска, временной разверткой и модулем ЭЛТ.

Вертикальный канал включает в себя аттенюатор, предусилитель, аналоговую линию задержки и вертикальный усилитель, который усиливает сигнал до уровня, необходимого для модели ЭЛТ.

Горизонтальные каналы могут работать в двух режимах: внутреннем и внешнем. Системы триггеров имеют регулировки уровня, которые переключаются между повышающимися и понижающимися уровнями.

Что такое цифровой осциллограф?

В цифровом осциллографе используется современный ЖК-экран. Практически все новые осциллографы, выпускаемые сегодня, являются цифровыми.

В цифровом осциллографе перед отображением сигнала на экране используется дополнительный шаг. Дополнительный шаг преобразует сигнал в цифровой поток с помощью аналого-цифрового преобразователя, что устраняет необходимость в экранах типа ЭЛТ.

Это упрощает дизайн и оставляет место для большего количества функций.

Примером может служить добавление обработки сигналов и сложных математических операций, которые теперь являются стандартными функциями для большинства цифровых осциллографов.

А теперь поговорим о системах на осциллографе.

Что делают системы на осциллографе?

Базовый осциллограф имеет четыре различных системы: вертикальную, горизонтальную, систему запуска и систему отображения. Каждая из этих систем позволяет измерять конкретные вещи

Элементы управления вертикальной системой можно использовать для позиционирования и масштабирования формы сигнала по вертикали. Его также можно использовать для настройки входной связи, ограничения полосы пропускания и увеличения полосы пропускания.

Горизонтальная система может использоваться для определения частоты дискретизации и длины записи, а также для позиционирования и масштабирования формы сигнала по горизонтали.

Система запуска позволяет стабилизировать повторяющиеся сигналы и, по сути, делать снимки этих сигналов. Существуют различные типы систем запуска, такие как запуск по фронту, запуск по порогу, которые реагируют на определенные условия входящего сигнала.

Для сбора данных, считываемых осциллографом, вам понадобится пробник.

Пробник состоит из двух основных частей: зажима заземления и наконечника пробника. Вы должны прикрепить зажим заземления к заземлению для вашей схемы, а затем использовать наконечник пробника, чтобы тыкать и измерять напряжения в различных точках по всей цепи.

Джордж Леже, наш гуру технической поддержки на сайте CircuitSpecialists.com , рассказывает о том, как он использует третий пробник осциллографа при тестировании одного из своих проектов.

Это базовый обзор каждой системы, так как есть еще много вещей, о которых мы могли бы поговорить, но это руководство было бы еще длиннее, если бы мы сделали это!

Мы надеемся, что это руководство «Что такое осциллограф?» До сих пор было полезным. Изучение нового может быть трудным, но при этом очень полезным!

Пока вы читали это руководство, вы могли встретить некоторые термины из словаря, такие как полоса пропускания и частота дискретизации. Что это вообще значит?

Чтобы узнать что-то новое, необходимо выучить новый словарный запас, поэтому ниже приведен список терминов, которые помогут, так что следите за ним!

Терминология осциллографа

Ширина полосы определяет способность осциллографа измерять сигнал.По мере увеличения частоты сигнала способность осциллографа точно отображать сигнал уменьшается. Без адекватной полосы пропускания все остальные функции осциллографа ничего не значат.

Время нарастания описывает частотный диапазон осциллографа. Осциллограф с более коротким временем нарастания точно улавливает детали быстрых переходов.

Частота дискретизации указывается в отсчетах в секунду или S / s и указывает, как часто осциллограф делает снимок сигнала.Чем выше частота дискретизации, тем детальнее отображаемый сигнал.

Скорость захвата осциллограммы выражается в виде сигналов в секунду (осциллограмм / с), что указывает на то, как быстро осциллограф получает сигналы.

Circuitspecialists.com показывает, как нарисовать сигнал произвольной формы с помощью генератора функций от Siglent, SDG1050, в нем мы рисуем две формы сигнала, которые имеют форму индейки.

Глубина памяти, выраженная в Mpts, определяет объем данных, которые могут быть захвачены каждым каналом.Количество выборок, которые может хранить осциллограф, ограничено, поэтому длительность сигнала будет обратно пропорциональна частоте дискретизации осциллографа.

Хотя есть еще несколько терминов, это основные, о которых вам следует знать при покупке осциллографа. Вы можете ознакомиться с нашим руководством по лучшим осциллографам для любителей для получения дополнительной информации.

Заключение

Таким образом, осциллограф — это мощный инструмент, позволяющий увидеть, как напряжение изменяется во времени, путем отображения формы электронных сигналов.

Мы в компании Circuit Specialists надеемся, что это длинное (и краткое руководство) помогло ответить на ваши вопросы об осциллографах.

Для получения дополнительной информации об осциллографах и обзорах посетите блог специалиста по схемам!

Вопросы? Комментарии? Пожалуйста, разместите ниже!

Электронно-лучевой осциллограф »Примечания по электронике

Несмотря на то, что практически все новые осциллографы являются цифровыми, аналоговый или аналоговый осциллограф, также называемый электронно-лучевым осциллографом, все еще можно найти во многих лабораториях и других областях и может хорошо работать.

---

Типы осциллографов:
Аналоговые осциллографы Объем аналогового хранилища Цифровой люминофор Цифровой прицел Объем USB / ПК Осциллограф смешанных сигналов MSO Объем выборки

Осциллограф Учебное пособие включает:
Осциллограф, основы Сводка типов осциллографов Характеристики Как пользоваться осциллографом Запуск области видимости Пробники осциллографа Технические характеристики пробника осциллографа

---

Несмотря на преобладание цифровых технологий, многие аналоговые или аналоговые осциллографы все еще используются в повседневной жизни, обеспечивая отличные характеристики.

Аналоговые осциллографы также часто называют электронно-лучевыми осциллографами, сокращенно CRO. Эти аналоговые или электронно-лучевые осциллографы могут не обладать всеми функциональными возможностями своих цифровых собратьев, но они все же могут обеспечивать возможности, необходимые для большинства лабораторных и общих тестовых приложений.

Часто аналоговые прицелы могут быть отложены в сторону в запасе лабораторного испытательного оборудования. Тем не менее, эти испытательные инструменты все еще можно использовать с хорошими результатами во многих ситуациях, некоторые люди предпочитают использовать их против более продвинутых цифровых осциллографов.В некоторых случаях аналоговые прицелы все еще можно купить новыми, хотя количество и выбор этих испытательных приборов быстро сокращается.

Старинный аналоговый или аналоговый осциллограф

Основы аналогового осциллографа

Ключом к работе аналогового осциллографа является его дисплей. Он использует электронно-лучевую трубку или ЭЛТ. Эта форма отображения в течение многих лет была единственной жизнеспособной формой отображения, которая могла использоваться для отображения изображений. Соответственно, он использовался в телевизорах в течение многих лет, хотя сейчас используются другие формы дисплеев, включая ЖК-дисплеи, светодиоды и многие другие форматы, но все они требуют ввода цифрового сигнала на дисплей.

Электронно-лучевая трубка, используемая в аналоговом осциллографе

В форме электронно-лучевой трубки, используемой в осциллографах, используется электростатическое, а не магнитное отклонение электронного потока. Это обеспечивало гораздо более быстрое управление потоком электронов, позволяя аналоговым осциллографам работать на очень высоких частотах. Используемая в телевизорах схема отклонения магнитного луча не обеспечивала достаточно высокочастотной работы.

Если посмотреть на работу аналогового осциллографа более подробно, то он использует электронно-лучевую трубку для отображения сигналов как по оси X (по горизонтали), так и по оси Y (по вертикали).Обычно по оси Y отображается мгновенное значение входящего напряжения, а по оси X — линейно нарастающий сигнал.

По мере увеличения напряжения линейно нарастающего сигнала кривая перемещается по экрану в горизонтальном направлении. Когда он достигает конца экрана, форма сигнала возвращается к нулю, а кривая возвращается к началу.

Базовая блок-схема аналогового осциллографа

Используя этот подход, можно увидеть, что ось X соответствует времени, а ось Y — амплитуде. Таким образом, на электронно-лучевой трубке можно отобразить знакомые графики осциллограмм.

Работа аналогового осциллографа

Аналоговый осциллограф имеет большое количество схемных блоков и может обеспечивать стабильные изображения входящих сигналов. Аналоговый осциллограф использовался много лет, и его схема была хорошо испытана и протестирована.

Если посмотреть более подробно на внутреннее устройство аналогового осциллографа, можно увидеть множество различных схемных блоков, которые позволяют выполнять операцию.

Более подробную блок-схему прицела можно увидеть на диаграмме ниже.

Блок-схема основного аналогового осциллографа

• Выбор переменного / постоянного тока Во многих случаях сигналы будут наложены смещением постоянного тока. При просмотре сигнала часто интерес представляют только элементы переменного тока. В этих случаях можно подключить конденсатор последовательно ко входу, чтобы гарантировать блокировку постоянного тока. Это позволяет усилителю сигнала видеть больше деталей, не будучи перегруженным содержимым постоянного тока. Поскольку используется конденсатор, выбор варианта переменного тока будет означать, что низкочастотные сигналы могут быть ограничены.Проверьте технические характеристики прицела на предмет низких характеристик.
• Аттенюатор Y: Чтобы гарантировать, что сигналы подаются на усилитель Y на требуемом уровне, сигналы проходят в аттенюатор Y.
• Y-усилитель: Базовый Y-усилитель обеспечивает усиление для обеспечения выходного сигнала для пены драйвера электронно-лучевой трубки. Важно, чтобы этот усилитель был особенно линейным, так как это будет определять точность осциллографа.
• Цепь отклонения Y: После усиления сигнал передается в цепь отклонения Y. Он использует усиленный сигнал и передает его на пластины электронно-лучевой трубки на необходимом уровне. На ЭЛТ используется электростатическое отклонение, так как это обеспечивает высокую скорость отклонения, необходимую для осциллографа.
• Схема запуска Система запуска состоит из ряда блоков на принципиальной схеме аналогового осциллографа.Чтобы гарантировать, что на дисплее отображается стабильная форма волны, необходимо настроить линейную форму волны так, чтобы она начиналась в одной и той же точке в каждом цикле входящего сигнала, подлежащего мониторингу. Таким образом, одна и та же точка на осциллограмме будет отображаться в том же месте на дисплее.

  Для этого используется цепь триггера для запуска рампы. Триггер выбирает сигнал из входящего сигнала и, когда достигается определенный уровень напряжения, запускает линейное изменение. Эта точка запуска регулируется на большинстве осциллографов.

  С точки зрения блок-схемы аналогового осциллографа, сигнал снимается с выхода усилителя Y и подается в другой усилитель согласования. Затем он проходит через схему триггера Шмитта, которая обеспечивает отдельные точки переключения при нарастании и падении формы сигнала. Требуемое значение триггера выбирается таким образом, чтобы точка триггера могла возникать либо на нарастающем, либо на спадающем фронтах формы волны, чтобы можно было выбрать его перед подачей в схему линейного нарастания, где сигнал запуска обеспечивает начальную точку для линейного нарастания.

  Также возможно использование сигнала от внешнего источника. Это может быть очень удобной функцией, поскольку может потребоваться использовать триггер от другого источника, кроме входящего сигнала.

• Усилитель гашения Требуется форма гашения, чтобы гарантировать, что когда линейная нарастание или схема временной развертки возвращается в исходное положение для повторного перезапуска кривой, это не вызывает подсветки на экране. Чтобы предотвратить это, используется усилитель гашения для гашения экрана во время фазы обратного хода.Достаточно просто использовать элемент сброса рампы для генерации импульса, который подается на сетку электронно-лучевой трубки. Это препятствует прохождению потока электронов и эффективно закрывает экран на этот период.

Аналоговые средства управления осциллографом

На аналоговом осциллографе имеется очень много элементов управления, позволяющих измерительному прибору отображать форму сигнала в точности требуемым образом.

Хотя большинство элементов управления знакомы пользователям цифровых прицелов, некоторые из них могут сильно отличаться.

Электронно-лучевой аналоговый осциллограф Tektronix 2245

Некоторые из основных элементов управления подробно описаны ниже:

• Управление фокусировкой: Управление фокусировкой не требуется на современных испытательных приборах, но оно было ключевым элементом старых электронно-лучевых осциллографов. Благодаря фокусировке точка, сканирующая экран, остается максимально резкой и, таким образом, дает четкий след. Видно, что по мере настройки элемента управления точка или след становятся более четкими и менее размытыми.
• Контроль интенсивности: Регулировка интенсивности требуется на аналоговых осциллографах, поскольку интенсивность точки или следа изменяется в зависимости от скорости, с которой выполняется сканирование. Регулировка интенсивности позволяет четко определить требуемую интенсивность.

  Регулятор интенсивности может часто использоваться, поскольку обнаруживается, что по мере увеличения скорости записи след становится все более тусклым и, в конечном итоге, становится трудноразличимым, несмотря на регулировку интенсивности.Для сигналов с более высокой частотой требуется более высокая скорость записи, и в результате аналоговые осциллографы имеют ограниченный частотный диапазон. Обычно максимальная частота, которую можно увидеть на аналоговом осциллографе, составляет около 1 ГГц. Кроме того, требуются осциллографы других типов.

• Входы сигналов: Существует множество элементов управления, связанных с входом сигнала или осью Y на электронно-лучевом осциллографе.
  • Вертикальное усиление: Регулировка вертикального усиления в электронно-лучевом осциллографе / аналоговом осциллографе такая же, как и в цифровых.Он эффективно изменяет чувствительность, позволяя расширять или сжимать форму волны для заполнения экрана. Иногда может быть переменный контроль, чтобы обеспечить ограниченное количество дополнительных вариаций, но имейте в виду, что калибровка не будет правильной, если она будет задействована. Всегда лучше оставить его в выключенном положении, если калибровка верна.
  • Вертикальное положение: Регулятор вертикального положения используется для переноса кривой в правую часть экрана.
  • AC / DC / Gnd: Этот элемент управления используется для выбора входной связи, необходимой для осциллографа. Связь по постоянному току будет передавать полное постоянное напряжение на вход усилителя Y. Небольшие колебания уровня постоянного тока могут смещать кривую, или, если есть высокий уровень постоянного тока, может быть невозможно увидеть мелкие детали пульсации ионной формы волны, если она имеет высокое напряжение постоянного тока. Выбор AC позволяет передавать только сигнальные элементы. Однако помните, что будет отсечка низких частот, поскольку он связан с конденсатором.На некоторых прицелах также может быть наземное положение.
  Многие аналоговые осциллографы имеют более одного канала, что позволяет им сравнивать сигналы. Многие прицелы имеют два канала, а некоторые, особенно более поздние, могут иметь четыре. Более четырех каналов можно увидеть очень редко, если вообще.
• Развертка времени: Одним из центральных элементов управления на осциллографе будет управление разверткой времени. Это будет иметь широкий разброс по скорости и будет калиброваться по времени для каждого деления на электронно-лучевой трубке осциллографа.Это может варьироваться от очень медленных сканирований секунды и более на сантиметр до микросекунд и меньше на сантиметр. Необходимо выбрать правильную скорость развертки для отображения нужной формы сигнала.
• Триггер: Триггер — это один из основных элементов управления аналоговым осциллографом. Триггер позволяет видеть на экране стабильный сигнал. Элементы управления обычно аналогичны тем, которые используются в осциллографах любого типа, хотя, естественно, адаптированы для работы и методов, используемых в аналоговых осциллографах.
  
  • Уровень триггера: Как и следовало ожидать, уровень триггера устанавливает уровень, на котором начинается форма волны, т. Е. Срабатывает триггер. В случае аналогового осциллографа он фактически запускает генератор пилообразного изменения в осциллографе и в результате напрямую отображает форму волны, видимую с этой точки, в отличие от современных цифровых осциллографов, которые, как правило, захватывают цифровые данные и могут обрабатывать их соответствующим образом, часто имея « триггер »в центре экрана.
  • Задержка: Этот элемент управления задерживает повторное срабатывание на короткое время.Таким образом, он предотвращает слишком быстрый повторный запуск и может обеспечить более стабильное отображение некоторых сигналов, особенно если уровень запуска превышается более одного раза при повторении сложной формы сигнала.
  • Alt / Chop: Этот режим присутствует на двух- или многоканальных осциллографах. При попытке отобразить форму волны электронно-лучевой осциллограф имеет две альтернативы. Один состоит в том, чтобы поочередно отображать одну форму волны, а затем другую, или он может «разрезать» сигнал, отображая небольшой бит одного сигнала, затем небольшой бит второго и т. Д.Поскольку частота прерывания намного превышает частоту сигнала, и поэтому формы волны выглядят как два отдельных сигнала. Часто можно увидеть прерывание, если развертка сильно ускорена.

Это некоторые из наиболее широко используемых элементов управления, которые используются в электронно-лучевых осциллографах / аналоговых осциллографах. Могут быть включены другие элементы управления в зависимости от конкретного тестового прибора.

Преимущества и недостатки аналогового осциллографа

Несмотря на то, что технологии развиваются и цифровые осциллографы имеют тенденцию доминировать на рынке, все еще существует множество областей, в которых аналоговые осциллографы могут предоставить очень ценную услугу.

Преимущества использования аналогового осциллографа или электронно-лучевого осциллографа:

• Стоимость: Аналоговые осциллографы обычно намного дешевле своих цифровых аналогов. Эта технология хорошо зарекомендовала себя и, следовательно, дешевле, чем передовые технологии, в которых необходимо возмещать большие затраты на разработку в дополнение к более высоким затратам на компоненты и производство
• Производительность: Аналоговые осциллографы способны обеспечить хороший уровень производительности, более чем достаточный для многих лабораторных и сервисных ситуаций.
• Наличие в компании: Часто бывает, что аналоговые осциллографы могут быть доступны в магазине оборудования, когда используются все другие цифровые осциллографы. При условии, что их характеристики удовлетворительны, аналоговый вариант может обеспечить идеальный путь вперед.

Недостатки использования аналогового осциллографа:

• Высококачественные характеристики: Ввиду того, что они работают с использованием аналоговой технологии, эти осциллографы не могут обеспечить все возможности многих высокопроизводительных цифровых осциллографов.
• Доступные диапазоны: Принимая во внимание склонность к цифровым осциллографам, производители и поставщики осциллографов сосредоточили свое внимание на новых цифровых осциллографах. Соответственно, диапазон доступных аналоговых прицелов намного меньше, чем несколько лет назад. Тем не менее, некоторые из них все еще доступны в новых, а другие от поставщиков бывшего в употреблении испытательного оборудования. Часто можно получить очень выгодные предложения от поставщиков бывшего в употреблении испытательного оборудования при условии, что используются утвержденные или заслуживающие доверия поставщики и имеются надлежащие меры безопасности.

Несмотря на свои недостатки и тот факт, что цифровая технология берет верх, аналоговые осциллографы или электронно-лучевые осциллографы по-прежнему могут работать хорошо. Эти испытательные инструменты могут не иметь всех наворотов, присущих цифровым осциллографам, но более старые аналоговые версии могут обеспечить хорошее надежное обслуживание.

В настоящее время для покупки доступно сравнительно немного аналоговых осциллографов, но многие из них все еще доступны на вторичном рынке, или эти испытательные приборы можно найти в лабораториях, где они не были заменены более новыми моделями.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG Получение данных
Вернуться в меню тестирования.